苦荞中黄曲霉毒素的控制及去除方法

1 黄曲霉毒素

黄曲霉毒素 (Aflatoxins, AFT) 是寄生曲霉菌和黄曲霉菌污染了食物后生长并繁殖产生的毒素, 是一类化学结构类似的化合物, 其基本结构均含有一个双氢呋喃环和一个氧杂萘邻酮。它难溶于水、己烷、石油醚, 在水中的最大溶解度只有100 mg, 可溶于甲醇、乙醇、氯仿、丙酮及二甲基甲酰等有机溶液, 耐高温, 通常加热处理对其破坏很小。在碱性条件下, 黄曲霉素极容易降解;紫外线辐照也易使黄曲霉素降解从而失去毒性, 但此反应为可逆反应, 即在酸性条件下黄曲霉毒素复原。世界卫生组织 (WHO) 的癌症研究机构在1993年将AFT划定为一类致癌物[1]。许多国家、地区都对农产品及各种食品中的黄曲霉毒素含量做出了限量的要求。如欧盟规定了食品中AFB1的最高限量为2μg/kg, 花生、谷物、果脯和坚果中 (AFB1+AFG2+AFG1+AFB2) 的总量为4μg/kg。

2 苦荞中黄曲霉毒素的主要控制

苦荞被AFB1侵染的途径是多种多样的, 包括种植环节、收获环节、贮藏与运输环节、加工环节等。而适宜黄曲霉菌的生长温度为12~42℃, 最适温度是33℃, 适宜产毒温度一般为24~28℃, 适宜生长的相对湿度为80%~85%, 生长的最低水分活度是0.78, 最适宜的水分活度是0.93~0.98。因此, 对苦荞黄曲霉毒素的控制主要从以下几方面进行分析。

2.1 种植期的控制

首先, 选用分枝多, 结籽集中、结籽早、结实率高、抗寒力强、产量高的苦荞种。在播种前期, 进行2~7 d晒种, 杀灭细菌, 选种之后, 去小、去杂、去秕, 为了提高种子的发芽率, 用40℃温水浸种10 min。其次, 避免种子处于35℃以上高温、13%含水量的环境条件下, 防止苦荞被黄曲霉污染的问题发生, 密封保存。由于苦荞麦最适宜的土壤含水量为16%~18% (相当于田间持水量的60%~70%) 。调节田间土壤温度和湿度, 保持群体通风透气性、调整作物种植密度, 通过合理的排灌来保持土壤水分 (使田间持水量最好保持在40%~70%) 和调节土壤温度, 在收获前21~35 d内适当的灌溉, 可以防止作物遭受干旱胁迫, 起到降低收获前黄曲霉毒素污染的作用。生产试验证明, 适宜667 m2播量3.5~4 kg, 保苗14万~16万株/667 m2。播深3~4 cm, 覆土厚度一般为3 cm, 如超过3 cm则出土较为困难。通过以上措施可减少黄曲霉毒素对苦荞的污染。

2.2 适时收获

掌握不同作物生长发育特性, 明确成熟期的特征, 适当时候收获。采取良好的收获方式, 防止收获时作物果实受到损伤或破裂。选择适宜的收获时间, 在阴雨天时避免收获。对于刚收获的作物 (新鲜的玉米穗、苦荞穗和花生荚果等) , 要摊开晾晒, 避免堆放, 将其含水量迅速的降到安全储藏限度以下。如收获时遇到持续的阴雨天气, 在有条件的地区, 要及时采取相应的干燥处理, 以免黄曲霉菌的产生。收时最好在阴雨天或湿度大的清晨到上午11:00前, 然后在田间晒4~5 d至含水量小于12%, 避免苦荞粒在这期间受到黄曲霉毒素的污染以及受到落粒和鼠兽危害。

2.3 贮运

一般苦荞籽粒的含水量降至12%以下才可入库贮存。在装运时, 黄曲霉很容易污染苦荞籽粒。因此, 在雨雪天气尽量不装箱, 如若要装箱应做好防潮工作, 在装箱的时候多加些纸垫板。在长途运输的时候, 苦荞在潮湿和高温环境中极易发霉, 会产生黄曲霉毒素, 为防止发霉, 可使用防霉剂对其进行防霉。黄伟、谌先明[2提出常用的防霉剂有丙酸或其盐、山梨醇及其盐类、双乙酸钠、延胡索酸等, 其中以丙酸或其盐应用最广泛。但这类防霉剂需在p H<5时才有抑菌效果。他们对饲料进行试验后, 有些防霉剂 (如双乙酸钠) 不仅可防止霉变, 还可以改善饲料的适口性。因此, 要尽可能保证苦荞处于低温、干燥的贮运环境, 以减少黄曲霉对苦荞的污染。

2.4 加工

苦荞在加工过程容易产生黄曲霉, 然而, 加工过程中控制苦荞中黄曲霉毒素产生的关键环节将苦荞中的霉粒、虫蚀粒等不完善粒挑拣剔除。因此, 苦荞原料的挑选过程至关重要。对于少量苦荞原料可以通过人捡, 挑选, 筛选等方法将苦荞原料中的不完善籽粒捡出, 保留新鲜饱满的苦荞粒, 然后将挑选出来的不完善籽粒使用水洗、浸泡、吸附剂等方法进行去毒后加工, 以减少黄曲霉对苦荞制品的污染。用石灰乳水、纯碱水浸泡苦荞粒2~3 h, 然后用清水冲洗至中性, 2 h候烘干, 去毒效果可达60%~90%。

3 苦荞中黄曲霉毒素的去除方法

黄曲霉毒素对苦荞的安全性的影响很大, 根据黄曲霉毒素的理化特性, 对黄曲霉毒素的去除可用的主要方法有物理、化学和生物方法。

3.1 物理方法

3.1.1 吸附法

吸附法是指为达到去除黄曲霉毒素的目的向样品中添加吸附剂的一种方法。常用吸附剂为蒙脱石、水合硅铝酸钙钠盐、活性炭、黏土和膨润土等。张国辉[3]等将水合铝硅酸钠钙、沸石、活性炭等加入到饲料中, 最终使大部分黄曲霉毒素被吸附, 甚至接近不含黄曲霉毒素饲料的水平。齐德生[4]等人证实了蒙脱石在p H值为8.0、2.0时对AFB1的吸附量分别达到了628.9、613.5μg/g, 所以吸附剂可以有效降低黄曲霉毒素含量。

3.1.2 辐射法

辐射法主要分为非离子辐射和离子辐射, 主要的离子辐射是紫外线, 能有效地破坏黄曲霉毒素的化学结构, 对毒素和霉菌都有较大的杀伤力, 用高压汞灯紫外线大剂量的照射能去除97%~99%的霉菌毒素。2006年, 达文政[5]报道经过射线辐照处理能够使黄曲霉素变性, 毒性减弱。Guilherme Prado等研究报道, 10 k Gy辐照处理时, 可使花生中AFB1完全失活, 超过20 k Gy能使55%~74%的AFB1被降解。2004年, Aziz[6]等研究表明, 4 k Gy辐照处理时, 玉米、鹰嘴豆和花生中60.8%~66.7%的AFB1被降解;6 k Gy辐照处理时74.3%~76.7%的AFB1被降解。黄曲霉毒素经非离子和离子辐射后, 可发生分解而转变成无毒或毒性较小的中间产物。

3.1.3 高温法

黄曲霉毒素的分解温度是237~306℃。用高温加热法能破坏部分黄曲霉毒素, 其降解程度与食品的湿度、加热时间和达到的温度、食品被黄曲霉毒素污染浓度、离子浓度和p H位等因素有关, 相对湿度高, 有助于毒素分解, 是因为水有利于打开黄曲霉毒素的内酯环, 从而形成羧酸被分解。Rustom[8]等研究了不同加热温度、加热时间和不同p H值对含黄曲霉毒素的饮料、花生致突变作用影响, 结果表明, 当p H为8.0的时候, 加热不能使致突变作用有效降低, 而温度130℃加热20 s、p H为10.2和121℃加热15 min、p H值10.2分别使致突变作用降低了78%和88%, 可能的原因是黄曲霉毒素内酯环在碱性条件下更有利于打开。

3.2 化学方法

3.2.1 碱处理

因为黄曲霉毒素遇碱能够迅速分解, 因此在氢氧化钙、氢氧化钠等碱性物质作用下, 其内酯环被打开后, 形成氧杂萘邻酮 (俗称香豆素) , 从而使黄曲霉毒素毒性消失。如果在数次的过氧化氢、氯气、氯酸钠等氧化剂的诱导作用下, 黄曲霉毒素分子结构上的某些基团如SO32-会与二氢呋喃环的15和16位结合, 致黄曲霉毒素毒性消失, 而该方法并不破坏黄曲霉毒素的内酯环。目前最常用来除去毒性的化学方法是运用亚硫酸氢钠溶液或石灰水处理。毛胜风[8]等的研究认为, 壳聚糖金属盐系列防霉剂是一种极有前途的高效低毒防霉剂, 其可以有效抑制黄曲霉的生长。

3.2.2 臭氧熏蒸法

臭氧熏蒸法是由化学和物理氧化双重作用的一种脱毒方法。臭氧具有极强的强氧化性, 通过破坏黄曲霉毒素分子结构中的双键, 从而达到降解黄曲霉毒素的作用。HIDE0 MAEBA[9]等人研究了臭氧对黄曲霉毒素的去毒效果, 发现臭氧对AFG1和AFB1有很好的去毒效果, 而AFG2和AFB2对臭氧较为不敏感。Alfredo用臭氧对玉米中的黄曲霉毒素进行处理, 并且对其降解产物进行分析, 用12~13wt%臭氧处理10 kg (10μg/kg AFT) 的玉米样品, 黄曲霉毒素被彻底降解, 双向薄层色谱结果显示产生了七种中间产物, HPLC分析色谱图中出现了6个主要的色谱峰, 利用基质辅助激光解吸电离质谱分析出几种分子量大于AFB1的物质;用14C标记AFB1, 通过液体闪烁计数器测定物质放射性, 发现臭氧处理后极性物质和水溶液中放射性增强, 表明有极性和水溶性降解产物生成, 推测可能是臭氧破坏了C8, 9双键, 并将AFB1转化为醛类物质。

3.3 生物方法

3.3.1 微生物降解

微生物降解是很多微生物, 包括细菌、霉菌、酵母菌、藻类和放射菌等利用某些微生物的生物转化作用使黄曲霉毒素降解, 使黄曲霉毒素解毒, 转变成毒性很低的物质的过程。德特罗伊等曾报道, 匍匐梨头霉 (Absidia repens) 、灰蓝色毛霉 (Mucorgriseo-cyanus) 能够将黄曲霉毒素B1, 转变成一种毒性低18倍的物质, 从而达到去除黄曲霉毒素的目的。Corsetti[10]等研究发现, 旧金山乳杆菌CBI (L.sanfrancisco) 抑制了曲霉等霉菌的生长是由于其合成的短链脂肪酸。一些乳杆菌、双歧杆菌和链球菌还可直接降解食品中的黄曲霉毒素。

3.3.2 酶的降解

酶的降解主要是利用酶的专一亲和性, 使黄曲霉毒素高效地催化、降解为无毒化合物或者小分子无毒物质而达到去毒的目的。吴肖[11]等用一种酶将花生粕水解后, 使微溶于水的黄曲霉毒素从结合的疏水性氨基酸残基上充分游离, 然后过滤, 截留住大部分的黄曲霉毒素而使黄曲霉毒素的含量显著下降。但实际应用中, 由于酶不耐热, 在苦荞产品的制作过程, 尤其苦荞籽在高温过程中易于失活, 限制了酶的作用发挥。

4 总结

近年来, 通过不断地研究和发展, 人们已经从各个学科领域了解并获得了黄曲霉及黄曲霉毒素的信息。对其控制及去除的研究很多, 在控制方面, 主要是对苦荞种植、收获、贮藏与运输、加工等环节进行控制;在去除方面, 目前发现的主要有物理、化学、生物学等方法, 会使产品中的黄霉菌毒素不同程度的失活或去除;随着生物技术的发展, 商品化的“黄曲霉毒素解毒酶”也渐渐被发现, 但目前以上的任何一种方法都有一定的局限性, 都不可能完全有效的去除黄曲霉毒素。为了解决黄曲霉毒素对苦荞的污染问题, 还要继续研究并发挥科学技术的力量, 争取将黄曲霉毒素从苦荞中消除, 减少它对人类的危害。

摘要：主要介绍了苦荞中黄曲霉毒素的控制以及去除方法。苦荞中的黄曲霉毒素主要通过种植、收获、贮运、加工4个环节进行控制。在去除这一方面, 对于已经产生了的黄曲霉毒素, 去除方法主要有生物、化学、物理3大方法。

关键词：苦荞,黄曲霉毒素,控制,去除

参考文献

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[11] 吴肖, 刘通讯.花生粕酶水解液中黄曲霉毒素脱毒定性研究[J].粮油食品科技, 2003, 11 (1) :32-33.